JPS62201073A - 超音波モ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ この発明は圧電振動子を利用した超音波モータに阿する
。

［発明の技術的背景とその問題点］ 超音波モータは第３図に構成図を示すように圧電振動子
（１）によって弾性振動体（２）に振動を与えると、該
弾性振動体（２）には弾性波（３）が発生し矢印方向に
弾性振動体（２）表面上を伝搬してゆく。このとき、弾
性振動体（２）表面の質点における弾性波（３）は第４
図に示すように縦振幅と横振幅を持つ楕円運動（４）を
行っており、上記矢印六方向に伝搬する場合は反時計方
向に回転している。

この弾性波（３）は１波長毎に頂点（５）を有しており
弾性振動体（２）に摺動体（６）を加圧接触させると、
摺動体（６）は弾性波の頂点（５）のみで弾性振動体（
２）に接するから、楕円運動（４）により摩擦力を得て
矢印Ｂ方向、すなわち弾性波（３）の伝搬方向と逆方向
に移動する。通常第４図の原理からなる直線型の超音波
モータでは圧電振動子（１）はＢ　ａ　Ｔ　ｉ　Ｏ３や
ＰＺＴなどの圧電セラミック、弾性振動体（２）は金属
またはプラスチックなどからなる。

また第５図に分解図、第６図に正面図を示ず超音波モー
タは回転運動を行うもので、弾性振動体（１２）に−波
長の弾性波が乗るように圧電振動子（１１ａ）にＶｌ　
＝Ｖｏｓｉｎ　ωｔなる電圧を供給し、電圧振動子（１
１ｂ）にＶｌと９０°位相を変えたＶ　２　＝　Ｖ　ｏ
ＣＯ８ωｔ１圧電振動子（１１Ｃ）にはさらに９０”位
相を変えたＶ３＝−Ｖ。ｓｉｎ　ωｔ　、　圧電振動子
（１１ｄｌには（１１Ｃ）よりさらに９０°位相を変え
たＶ４＝−Ｖ。ＣＯＳωｔなる電圧を加え、各圧電振動
子を駆動することにより前記弾性振動体（１２）に加圧
接触させた活動体（１６）が、回転運動を行うことにな
る。

このような直線型や回転型の超音波モータに於いては、
弾性波の伝搬効率を高めるため、弾性振動体（２）（１
２）には高ヤング率を有する金属などが使用される場合
が多い。しかし、たとえば摺動体（６）（１６）に金属
を使用し、弾性振動体（２）（１２）に直接接触させて
駆動力を得ようとすると、弾性波の撮動や摩擦力が騒音
、熱などに変り実用的でなく、前記ｇ音などをなくすた
めに防振材を用いると、この防振材が弾性波の振動およ
び摩擦力を吸収してしまって十分な駆動力を得ることが
できない問題点がある。

このように弾性振動体と該振動体に加圧させる物体との
接触部の材質は実際の使用に際し著しいｔ１１約を受け
るのが実状である。

［発明の目的］ この発明は弾性振動体に加圧接触させたＩＩｊ！擦材、
などの物体の当接部の硬度を適宜な範囲とすることによ
り、トルクが大きく高速、しかも＊＊音が小さく、耐久
性に優れた超音波モータを提供することを目的としたも
のである。

［発明の概要］ この発明になる超音波モータは、圧電振動子を具備した
弾性振動体と、該弾性振動体に加圧接触させた物体とを
具備し、前記圧電振動子を駆動して前記弾性振動体上に
弾性波を誘起させて該弾性振動体に加圧接触させた物体
または弾性振動体自体を動作させる超音波モータにおい
て、前記弾性振動体に加圧接触させた物体の当接部をロ
ックウェル硬度Ｍ形で２０以上８０以下、かつショア硬
度Ａ形で４０以上とし該ショア硬度Ａ形で９０を超える
ものについてはショア硬度り形で２０以上７０以下の硬
度を有するゴム、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂およびこ
れらの共重合体またはこれらの混合物から形成してある
ことを特徴とするものである。

［発明の実施例１ 回転型の超音波モータの実施例について述べる。

第１図に正断面図、第２図に分解図を示すように、駆動
力を外部に伝えるためのシャフト（２１）と一体の摺動
体（２２）は、大きなトルクを要求されるものについて
は剛性、耐久性、加工性などを考慮し金属を用いるのが
一般的である。また該摺動体（２２）に取着して一体と
したａｍ材（２３）を介して接触した弾性振動体（２４
）　（外径６０　ａｍ　、内径５０履）はジュラルミン
などの金属からなり、該弾性振動体（２４）には圧電振
動子（２５）　（Ｐ　Ｚ　Ｔを使用）を取付ける。前記
摩擦材（２３）は弾性振動体（２４）と該弾性振動体（
２４）に加圧接触させた物体、ずなわち摺動体（２２）
との当接部を構成し、ＪＩＳ　　Ｋ　　７２０２に規定
されているロックウェル硬度Ｍ形で２０以上８０以下か
つシコア硬度Ａ形で４０以上とし、該ショア硬度Ａ形で
９０を超えるものについては、ショア硬度り形で２０以
上７０以下の硬度を右するＮＲ，ＳＢＲ，ＢＲ，ＣＲ，
ＮＢＲ，ＥＰＭ。

ＥＰＤＭ、アクリルゴム、ウレタンゴム、シリコンゴム
、フッ素ゴムなどのゴム、スチレン樹脂。

アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリアミド樹脂、フ
ッ素系樹脂、ポリエステル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、
ポリスルホン樹脂、ポリフェニレンサルファイドなどの
熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂。

不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂
、メラミン樹脂、フラン樹脂、ポリイミド。

ジアリルフタレート樹脂、けい素樹脂、アルキド樹脂な
どの熱硬化性樹脂およびＡｓ樹脂、ＢＳ樹脂、ＡＢＳｍ
脂、ＥＶＡ樹脂、ＦＥＰ樹脂、ＭＭ樹脂、アセタール共
重合樹脂、エポキシ樹脂とシリコン樹脂の共重合体やポ
リエチレン樹脂とスチレン樹脂との共重合体、ＢＲとＩ
ＩＲの共重合体。

ＣＲとＮＢＲとの共重合体、エポキシ樹脂とＮＢＲの混
合物、不飽和ポリエステル樹脂とＳＢＲの混合物などの
如きこれらの共重合体や２種以上の混合物からなる。そ
して、前記圧電振動子（２５）に接して配されたアブソ
ーバ（２６）は、圧電振動子（２５）の振動をケース（
２７）、封口蓋（２８）などに伝えないためのものであ
る。なお、（２９）（３０）はベアリング、（３１）は
取付台、（３２）はさらばねである。Ｓ環材（２３）に
ＢＲ，ＡＢＳ樹脂などを用い、これらを組立て第１図に
示すような超音波モータを作製し、摩擦材（２３）とし
て用いた各試料の硬度（ロックウェル硬度Ｍ形、ショア
硬度Ａ形およびショア硬度り形）および該超音波モータ
の駆動電圧に対する摺動体（２２）のトルク特性、回転
数、音圧レベル（ＩＳｌ音レベルの意）を下表に示す。

この特性は実施例では示さなかった他の熱硬化性樹脂や
ゴム、熱可塑性樹脂およびこれらの共重合体またはこれ
らの混合物から形成されたものでも硬度が同じであれば
ほぼ同様の結果を示す。

なお、表においてシファ硬度Ａ形で９０を超えたものに
ついては、スケールを代えてショア硬度り形で測定する
方が適正な値を得られるので硬度９０を超えたＡ形の硬
度は記載せずＤ形の測定値のみを記載した。

以上述べたように回転数、トルク、音圧レベルの品持性
から超音波モータとして使用可能なのはロックウェル硬
度Ｍ形で２０以上８０以下、かつショア硬度Ａ形で４０
以上とし、該ショア硬度Ａ形で９０を超えるものにって
いはショア硬度り形で２０以上７０以下の硬度を有する
ものであり、たとえばこれらの硬度に達しない参考例１
〜３はトルク、回転とも小さく、参考例５〜８では回転
数の割合には音圧レベルが異常に高い値を示して適さな
い。この傾向は実施例にＩ！Ｊ擦材環材て使用したもの
だけでなく、ポリエチレン樹脂、ポリフェニレンサルフ
ァイド、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、フッ素系樹脂
、ポリエステル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリスルホ
ン樹脂、ポリスチレン樹脂などの熱可塑性樹脂やその他
の熱硬化性樹脂、ゴムおよびこれらの共重合体やこれら
を２種以上混合したものからなるものでも同様であるこ
とを確認した。そして、構成として第１図、第２図に示
した実施例では１？擦材（２３）を摺動体（２２）に取
着して一体化した場合について述べたが、１昼勤体（２
２）と弾性振動体（２４）との間に介挿したのみでもよ
く、弾性振動体に取付けた構成でも同様の効果を得るこ
とができる。また実施例では回転型の超音波モータにつ
いて述べたがリニア型の超音波モータでも同様な効果が
得られ、この場合は大きな移動速度と大きい推力を得る
ことができる。

［発明の効果］ この発明によればロックウェル硬度Ｍ形で２０以上８０
以下かつショア硬度Ａ形で４０以上とし、該ショア硬度
Ａ形で９０を超えるものについてはショア硬度２０以上
７０以下の硬度範囲を右するａ！擦環材どの弾性撮動体
に加圧させた物体を用いることによって、トルクおよび
回転数が大きく騒音の小さい超音波モータを得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる回転型超音波モータの構成を示す
正断面図、第２図は第１図に示した超音波モータの分解
図、第３図は直線型超音波モータの構成図、第４図は超
音波モータの動作原理を示す説明図、第５図は従来の回
転型超音波モータを示す分解図、第６図は第５図に示し
た超音波モータの正面図である。 （２２）・・・・・・摺動体　　　　（２３）・・・・
・・ＩＩ擦環材２４）・・・・・・弾性振動体　　（２
５）・・・・・・圧電振動子（２７）・・・・・・ケー
ス　　　　（２８）・・・・・・封口蓋特　　許　　出
　　願　　人 マルコン電子株式会社 超音波モータの正断面図 第１図 超音波モータの分ＩＮ図 ＭＩＩ型超音波モータの構成図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電振動子を具備した弾性振動体と、該弾性振動
   体に加圧接触させた物体とを具備し、前記圧電振動子を
   駆動して前記弾性振動体上に弾性波を誘起させて該弾性
   振動体に加圧接触させた物体または弾性振動体自体を動
   作させる超音波モータにおいて、前記弾性振動体に加圧
   接触させた物体の当接部をロックウェル硬度Ｍ形で２０
   以上８０以下、かつシヨア硬度Ａ形で４０以上とし、該
   シヨア硬度Ａ形で９０を超えるものについてはシヨア硬
   度Ｄ形で２０以上７０以下の硬度を有するゴム、熱硬化
   性樹脂、熱可塑性樹脂およびこれらの共重合体またはこ
   れらの混合物から形成してあることを特徴とする超音波
   モータ。